火箭发动机——推力矢量控制共29页文档
某固体火箭发动机推力向量控制系统接头接触性能分析
（． １ 内蒙古工业大学 机械 学院 ， 呼和浩特 ００５ ； １０１
２ 中国航天科工集团公 司六 院四十一所 ， ． 呼和浩特 ０ ０ ５ ） １０ １ 摘要 ： 以某 固体火箭发动机推 力向量控 制 系统摆 动接 头的单珠 承载 试验模 型 为计算模 型 ， 用摩擦 接 触 问题 的 Ｌ ． 采 ａ ｇａ ｇ 乘子 法与 弹塑性耦合 的有限元理论 ， 算分析 了摆 动接 头 阳球试件在不 同强化层厚度下的接触 应力 、 ｒｎ ｅ 计 变形及 破坏机 理； 为降低 系统摆动力矩 ， 同时考虑大尺寸球面 的表 面强化和加 工工艺 ， 出了满足接触性 能的阳球表 面强化 层为 １一Ｉ４ 提 ． ｍ ｍ的厚度要 求。通过 与单珠承 载试验对比分析 ， 检验 了有限元建模及 算法的合 理性 ； 确定 了小变形条件 下摆 动接 头弹塑
在工作载荷作用下 ， 一方面滚动体与阳球接触位置处 ， 形 、 具有一定的接触强度 。阳球材料一般采用高强度 、
①
收稿 日期 ：０ １ １ ４； 回 日期 ：０ １０ —１ ２ １－ － 修 ０ ０ ２ １－４ １ 。
基金项 目： 自然科学基金项 目（０ ６０ ３ 。 ５９ ５ １ ） 作者简介 ： 文芝（ ９９ ） 女 ， 刘 １６ 一 ， 教授 ， 究方 向为机械设计及理论 。Ｅ ｍａｌ ｗ ｌ ０ ６ ＠ｙｈ ｏｔｍ ｃ 研 ・ ｉ ｚ ｕ １２ ａｏ．ｏ ． ａ ： ｉ
ｅ ａ ｔ — ｌｓｉ ｏ ｐ ｉ ｇ ｎ ｔ ｌ ｍｅ ｔｍｅ ｈ ｄ，ｔｅ ｃ ｎ ａ ｔ ｓ ｅ ｓ ｅｏ ｍａｉ ｎ ａ ｄ ｄ ｓｒ ｃ ｒ ｃ ｐｅ ｕ ｄ ｒ ｄｆ ｒ ｎ ｈｃ ｎ ｓ ｆ ｌｓｏ ｐａ ｔ ｃ ｕ ｌ ｇ ｆ ｉ ｅｅ ｎ ｔ ｏ ｃ ｎ ｉ ｅ ｈ ｏ ｔ ｃ ｔ ｓ ，ｄ ｆ ｒ ｔ ｎ ｅ ｔ ｔｐ ｎ ｉ ｌ ｎ ｅ ｉ ｅ ｅ ｔｔ ｉｋ ｅ ｓ ｏ ｒ ｏ ｕ ｉ
液体火箭摇摆发动机推力矢量控制特性负载台等效试验技术研究
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｔ ｅ ｓ ｔ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｆ ｏ ｒ ｓ ｕ ｂ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｉ ｎ ｇ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｆ ｏ ｒ ｓ ｗｉ ｖ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｉ ｎ ｌ ａ ｕ ｎ ｃ ｈ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｉ ｓ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ ． ｒｅ ｆ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｄ ａ ｔ ａ ｏ ｆ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ． Ｔｈ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｆ ｏ ｒ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ ａ ｒ ｅ ｒ ｅ ｖ ｉ ｓ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｐ ｅ ｒ ｉ ｏ ｄ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ． Ｔｈ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ ｔ ｏ ｔ ｒ ｉ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ． Ｔｈ ｅ ｌ ａ ｕ ｎ ｃ ｈ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｈ ａ ｖ ｅ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ｆ ｌｉ ｇ ｈ ｔ ｓ ｕ ｃ ｃ ｅ ｓ ｓ ｆ ｕ ｌ ｌ ｙ ｄ ｏ ｚ ｅ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｉ ｍｅ ｓ ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ
火箭垂直回收多阶段最优轨迹规划方法
过 逐 次 凸 化 消 除 由 气 动 力 、自 由 时 间 变 量 以 及 质 量 引 人 的 非 凸 约 束 ，最 终 将 问 题 描 述 为 序 列 迭 代 求 解 的 二 阶 锥 规 划 问题(S 0C P ) 。 通过仿真校验，经过少量的逐次凸化迭代，可快速收敛到最优解，且落点调节范围更大，燃料更省。
( 10)
第 10期
邵楠等:火箭垂直回收多阶段最优轨迹规划方法
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考 虑 到 火 箭 返 回 段 射 程 较 小 ，因 此 重 力 加 速 度
g 可表示为：
g = [〇 〇 g ] T
(11)
g 为重力加速度大小：
Rl
8 ~ 80 (R e + z )2
(12)
式 中 ：圪为地球平均半径。
2 多阶段离散优化模型
收 稿 日 期:20 1 9 - 0 6 - 1 3 ; 修 回 日 期 :20丨9 - 0 7 - 0 4
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宇航学报
第40卷
到 调 制 作 用 ，并 尽 可 能 地 利 用 气 动 力 降 低 终 端 位 置 误差;动力着陆段需要满足位置、速 度 、姿态等终端 约束实现定点垂直着陆。
由 于 火 箭 回 收 制 导 任 务 的 复 杂 性 ，满 足 多 约 束 条件并具有快速收敛特性的制导算法一直是众多学 者研究的方向。文 献 [ 1 - 3 ] 提出了一种凸规划算 法 ，用于求解火星精确着陆相关的最小燃料动力下 降 制 导 问 题 。他 们 提 出 “无 损 凸 化 ”的 概 念 ，使得非 凸控制约束的轨迹优化问题转化为一个有限维二阶 锥 规 划 问 题 ，并 在 该 问 题 的 基 础 上 进 一 步 引 入 推 力 指 向 约 束 ，使 改 进 的 动 力 降 落 制 导 算 法 对 推 力 约 束 和推力指向约束都产生了无损凸化。该方法忽略了 气 动 力 的 作 用 ，通 过 线 性 搜 索 步 骤 确 定 终 端 时 刻 ，无 需迭代即可算出最优解[4< 。然而其固定的终端时 刻 ，无 法 保 证 开 机 -终 端 时 刻 组 合 的 最 优 性 。文献 [7 - 8 ] 进一步提出了一种以燃料最优为指标的动 力着陆问题的逐次凸化算法并给出了逐次凸化的证 明 。在 该 算 法 中 ，引 人 了 气 动 阻 力 和 包 括 自 由 终 端 时 间 在 内 的 各 种 非 凸 约 束 ，通 过 逐 次 凸 化 、逐次线性 化 虽 然 增 大 了 计 算 量 ，但 是 能 够 解 决 更 复 杂 的 约 束 情 况 。王劲博等[1°]针对火箭动力定点垂直着 陆 提 出 一 种 高 精 度 快 速 轨 迹 优 化 算 法 ，算 法 将 凸 化 技术与伪谱离散方法有机结合，将 非 凸 、非线性优化 问题转化为凸优化问题，进而充分利用凸优化的求 解 快 速 性 、收 敛 确 定 性 以 及 伪 谱 法 离 散 精 度 高 的 特 点 ，实现了考虑阻力的两阶段轨迹优化。从优化结 果看 ，虽然两阶段最优规划方法比单独的动力下降 段 最 优 规 划 可 以 节 省 更 多 燃 料 ，但 是 当 前 多 阶 段 最 优轨迹优化方法仅考虑了阻力的影响。事 实 上 ，由 于火箭倒飞时底阻较大，在气动减速段存在一定的 配 平 攻 角 ，火 箭 所 受 的 升 力 也 十 分 显 著 ，特别是当攻 角可由栅格舵调节时，升力也可控。这种情况下，过 程约束和优化结果产生很大的不同。
基于LQ反馈控制的火箭发动机推力智能控制研究
基于LQ反馈控制的火箭发动机推力智能控制研究近年来，随着人类探索宇宙的步伐不断加快，火箭技术的发展也越来越受到关注。
而火箭发动机的推力控制是火箭发射过程中非常重要的一环，它不仅决定了火箭的运行轨道，还对整个发射任务的成功与否产生了重大影响。
因此，对于火箭发动机推力的智能控制研究具有极其重要的意义。
众所周知，火箭发动机的推力调整需要依赖反馈控制系统。
目前，较为常见的反馈控制系统有PID控制和LQ控制。
而相对于PID反馈控制系统，基于LQ控制的反馈控制系统具有更好的调控精度和稳定性。
因此，在火箭发动机推力智能控制的研究中，LQ反馈控制被广泛应用。
LQ反馈控制中，L代表最小二乘，Q代表性能指标矩阵。
可以理解为，在控制系统中运用最小二乘优化算法，以达到控制指标最优的效果。
而控制指标则通过设置性能指标矩阵来进行具体的调控。
这种反馈控制方式，能够针对设定的阈值范围和误差要求，对火箭发动机的推力进行实时动态调整，并随时根据运行状况进行自适应修正，使得整个发动机的运行状态得到了较好的控制和保障。
同时，随着现代计算机技术的不断发展，LQ反馈控制加上机器学习的技术手段，可以实现功率、速率和位移等推力指标的高精度控制。
这种方法将大大提高火箭发动机推力控制的效率，并且能够更好地解决火箭发射中的一系列实际问题。
当然，LQ反馈控制虽然具有很多优点，但在应用中也面临一些挑战。
如何在不断变化的运行环境下保证LQ反馈控制的稳定性和实时性，如何根据实际需求和环境参数进行合理的性能优化配置，均是需要进一步探讨的问题。
总之，基于LQ反馈控制的火箭发动机推力智能控制研究具有非常重要的应用和研究价值。
未来，随着技术的不断进步，我们相信这种控制方法将能够逐步取代传统的PID反馈控制系统，为推进人类探索宇宙的脚步做出更加重要的贡献。
推力矢量技术
控制途径
方式
比较
方式
推力矢量技术实现流场推力矢量控制有多种途径，目前研究的有以下方式： 1）喷流推力矢量控制 以气流经喷管扩散段的一个或多个喷射孔射入，强迫主气流附靠到喷射孔对侧的壁面上流动，从而产生侧向 力； 2）反流推力矢量控制 在喷管出口截面的外部加一个外套，形成反向流动的反流腔道，在需要主流偏转时，启动抽吸系统形成负压， 使主气流偏转产生侧向力； 3）机械/流体组合式推力矢量控制 在距喉道一段距离处，装有一个或多个长度相当于喉道直径15%-35%的可转动的小型气动调节片，由伺服机 构控制转动，并可在非矢量状态时缩进管壁，通过调节片的扰流使气流偏转，产生侧向力
后来的研究还表明，当飞机在飞行速度较低时，采用推力转向这种飞行控制装置是绝对有利的，速度大时， 代价要大些，但是从保证飞行控制有足够的安全裕度出发还是需要配备一些操纵面。
技术分类
技术分类
发展
70年代中期，德国MBB公司的飞机设计师沃尔夫岗·赫尔伯斯提出利用控制发动机尾喷流的方向来提高飞机 的机动能力。1985年美国国防预研局和MBB公司联合进行了可行性研究，1990年3月，美国Rockwell公司、 Boeing公司和德国MBB公司共同研制的在发动机尾喷口装有可改变推力方向的3块碳纤维复合材料舵面的试验验证 飞机X-31出厂，并进行了试飞，其舵面可相对发动机轴线偏转±10°，在迎角为70°时仍能操作自如，并具有过 失速机动能力(1,2)。
变着花样飞——探索推力矢量喷管
文、图 / 程峰要推力足够大，别说砖头能轻易飞上天，就连重达几十吨的火箭也可以飞到太空中。
在火箭发射时，我们仔细观察火箭发动机的喷管，就会发现喷管会出现轻微的摆动现象。
这个过程其实是火箭发动机通过喷管来调整战斗机的发动机有时也会采用这种能调节喷管方向的技术，称为“推它的发动机喷管非常特殊，由上下两片收敛片组成，通过控制两片收敛片，年的珠海战斗机进行了飞行表演，凭借独特的推力-10B使用的国产发动机所采用的推力矢量技术是我国特有的一种现代喷气式发动机尾部的喷管由一圈收敛片组成，通过控制收敛片的扩张与收缩，可以改变发动机喷管的直径，从◎◎F-22的发动机喷管◎◎歼-10B的发动机喷管和带转向功能的收敛片20知道了推力矢量技术能帮助飞机进行机动飞行，那么这一期我们用纸飞机来进行一次类似准备一张A5的白纸，也可以将后面的图纸打印或者复印出21沿虚线向右折。
沿虚线将像“>”部分向左折，压住刚刚折的两个角。
沿虚线向下折。
折过来的边还是和底边齐平，另一侧对称折。
沿收敛片根部向里折。
沿虚线将一个角往中间折。
黄色部分是飞机的天线，插入前面用美工刀划开的口子。
折过来的边和底边齐平，另一侧对称折。
折好后再压一下。
正反各折一次。
折过来的角对准中心线。
另一侧对称折。
将纸翻过来，对折。
沿虚线向下折。
再次打开，沿红色双实线修剪发动机喷管收敛片。
折好后复位。
22向上调整上收敛片，保持向上飞行。
的敛片微微往上调，再次将部朝上的姿态飞了出去。
方向的调整看来还是比较容易的。
时的纸飞机大不相同。
常规机翼的纸飞机，机翼两端的副翼可以给向左调整侧收敛片，向左飞行。
将上收敛片调整为一上一下，进行旋转飞行。
调整侧收敛片，平稳巡航。
23X-17 纸飞机立体结构图机炮进气口驾驶舱天线收敛片航行灯发动机喷管本纸飞机图纸经作者授权供《百科探秘》杂志使用，未经作者授权严禁用于其他商业用途。
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火箭原理与推力
火箭原理与推力火箭是一种利用推力原理进行运动的航天器。
其工作原理是通过大量燃烧物质产生的气体喷射出来，从而产生反作用力推动火箭的前进。
火箭的推进系统由发动机、燃料、氧化剂以及喷口等组成。
一、火箭发动机火箭发动机是火箭推进系统的核心部分。
它主要由燃料和氧化剂的混合燃烧产生的高温高压气体驱动。
常见的火箭发动机有化学火箭发动机和核火箭发动机。
1. 化学火箭发动机化学火箭发动机利用燃料和氧化剂的化学反应产生推力。
常见的燃料有液体燃料和固体燃料。
液体燃料一般由液氢、液氧、液氮、甲烷等组成，固体燃料则由固体推进剂和粘结剂组成。
2. 核火箭发动机核火箭发动机则是利用核反应产生的高温高压气体来推动火箭。
其核反应可以分为核聚变和核裂变两种方式。
核聚变是将轻核聚变成重核释放巨大能量，而核裂变是将重核分裂成两个较轻的核释放能量。
二、推力的产生推力是火箭运动的基础，它遵循牛顿第三定律，即“作用力与反作用力大小相等、方向相反且共线”。
火箭发动机燃烧产生的高温高压气体通过火箭喷口排出，气体喷射的反向力就是推力。
推力的大小取决于燃烧产生的气体质量流速和喷口的面积。
火箭推力的计算公式为：F = Δm * Ve其中，F为推力，Δm为单位时间内喷出的气体质量，Ve为喷出气体的速度。
根据公式可知，要增加推力，可以通过增加喷出气体的质量或者增加喷射速度来实现。
三、推力的改变为了控制火箭的运动，需要能够改变推力的大小和方向。
推力的大小可以通过调节喷口的面积来实现，面积越大推力越大。
推力的方向可以通过喷口的指向来调整，喷口倾斜时，推力会有一个水平分量。
推力矢量可以分为三个方向的分量：前进分量、上升分量和横向分量。
火箭通过调整推力矢量的方向和大小来实现各种运动。
例如，当火箭需要上升时，增大上升分量的推力；当需要调整方向时，调整横向分量的推力。
四、火箭的运动火箭的运动包括垂直升空、轨道运行和姿态调整等。
在火箭垂直升空的过程中，推力与重力平衡，火箭逐渐脱离地球引力进入轨道。
火箭行业火箭发动机研发方案
火箭行业火箭发动机研发方案第1章研究背景与意义 (3)1.1 火箭发动机发展概述 (3)1.2 研究目的与意义 (3)第2章火箭发动机类型及选型依据 (4)2.1 火箭发动机类型介绍 (4)2.2 火箭发动机选型依据 (4)2.3 选型结果分析 (5)第3章研发团队与资源配置 (5)3.1 研发团队组织结构 (5)3.1.1 项目管理层 (5)3.1.2 技术研发层 (5)3.1.3 支持部门 (5)3.2 人力资源配置 (5)3.2.1 人员数量 (5)3.2.2 人员素质 (6)3.3 设备与经费预算 (6)3.3.1 设备预算 (6)3.3.2 经费预算 (6)第4章火箭发动机研发关键技术及难点分析 (6)4.1 火箭发动机关键技术 (6)4.1.1 燃烧稳定性技术 (6)4.1.2 推力矢量控制技术 (7)4.1.3 高温材料技术 (7)4.1.4 高效冷却技术 (7)4.1.5 燃料与氧化剂选择及储存技术 (7)4.2 技术难点分析 (7)4.2.1 燃烧稳定性控制 (7)4.2.2 推力矢量控制精度 (7)4.2.3 高温材料研发与应用 (7)4.2.4 冷却技术的优化 (7)4.2.5 燃料与氧化剂储存技术 (7)4.3 解决方案探讨 (8)4.3.1 燃烧稳定性技术 (8)4.3.2 推力矢量控制技术 (8)4.3.3 高温材料技术 (8)4.3.4 高效冷却技术 (8)4.3.5 燃料与氧化剂储存技术 (8)第5章燃料与氧化剂的选择与优化 (8)5.1 燃料与氧化剂种类及特性 (8)5.1.1 燃料种类及特性 (8)5.1.2 氧化剂种类及特性 (8)5.2.1 燃烧功能 (8)5.2.2 热力学功能 (9)5.2.3 储存和运输功能 (9)5.2.4 成本和可获得性 (9)5.3 燃料与氧化剂组合方案 (9)5.3.1 液氢/液氧组合 (9)5.3.2 煤油/液氧组合 (9)5.3.3 液态甲烷/液氧组合 (9)5.3.4 过氧化氢/煤油组合 (9)5.3.5 硝酸/煤油组合 (9)第6章火箭发动机设计与仿真 (9)6.1 设计理论与方法 (10)6.2 参数设计与优化 (10)6.3 仿真分析与验证 (10)第7章火箭发动机制造与装配 (10)7.1 制造工艺与材料 (10)7.1.1 制造工艺 (10)7.1.2 材料选择 (11)7.2 装配精度与质量控制 (11)7.2.1 装配精度 (11)7.2.2 质量控制 (11)7.3 制造与装配过程中的问题及解决方案 (11)7.3.1 制造过程中的问题及解决方案 (11)7.3.2 装配过程中的问题及解决方案 (12)第8章火箭发动机试验与测试 (12)8.1 试验目的与要求 (12)8.1.1 试验目的 (12)8.1.2 试验要求 (12)8.2 测试设备与方案 (12)8.2.1 测试设备 (12)8.2.2 测试方案 (12)8.3 数据处理与分析 (13)8.3.1 数据处理 (13)8.3.2 数据分析 (13)第9章火箭发动机功能评估与优化 (13)9.1 功能指标体系 (13)9.1.1 推力功能指标 (13)9.1.2 燃烧效率指标 (13)9.1.3 结构与可靠性指标 (13)9.1.4 可维护性指标 (14)9.1.5 环境适应性指标 (14)9.2 评估方法与流程 (14)9.2.1 评估方法 (14)9.3 功能优化方案 (14)9.3.1 推力功能优化 (14)9.3.2 燃烧效率优化 (14)9.3.3 结构与可靠性优化 (15)9.3.4 可维护性优化 (15)9.3.5 环境适应性优化 (15)第10章研发成果转化与市场推广 (15)10.1 研发成果总结 (15)10.2 技术转化与产业化 (15)10.2.1 技术转化 (15)10.2.2 产业化 (15)10.3 市场分析与推广策略 (16)10.3.1 市场分析 (16)10.3.2 推广策略 (16)第1章研究背景与意义1.1 火箭发动机发展概述火箭发动机作为航天飞行器推进系统的核心部分，其技术水平直接关系到火箭功能和航天任务的成败。
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1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
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51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来